Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas ont mis au point une méthode prometteuse pour stimuler à distance l'activité dans les régions cérébrales profondes, faire progresser la compréhension de la façon dont les molécules agissent dans le cerveau et ouvrir la voie à de meilleurs traitements contre le cancer et à d'autres thérapies pour d'autres maladies.

L'approche est basée sur la puissante combinaison de nanoparticules d'or et de lasers, qui joue également un rôle essentiel dans un autre projet de recherche de l'UT Dallas visant à développer un test de diagnostic rapide de la grippe et, peut-être, le virus COVID-19.

Or pour la neuromodulation

La lumière est un outil important pour moduler les systèmes biologiques, mais l'absorption et la diffusion dans les tissus biologiques limitent considérablement sa pénétration. Le système développé par des chercheurs de l'École d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson et de l'École des sciences du comportement et du cerveau emballe des molécules à l'intérieur de capsules microscopiques recouvertes d'or, ou nanovésicules, qui peut être très sensible à la lumière proche infrarouge.

Le système pourrait résoudre les problèmes de traitement des maladies, comme s'assurer que les médicaments sont administrés aux tumeurs difficiles à atteindre dans les régions cérébrales profondes tout en réduisant les dommages aux tissus sains. En utilisant cet exemple, les nanovésicules et leur cargaison sont injectées dans le tissu cérébral. Les lasers externes dans le proche infrarouge qui pénètrent dans les tissus provoquent l'ouverture des capsules et la libération du médicament. Les chercheurs décrivent l'approche et les résultats des tests dans un modèle animal dans un article publié en ligne dans la revue de chimie Angewandte Chemie .

"Notre système convertit la lumière en une onde mécanique qui secoue la vésicule ouverte, " a déclaré le Dr Zhenpeng Qin, professeur adjoint de génie mécanique à l'UT Dallas et auteur correspondant de l'étude.

D'autres chercheurs ont utilisé la lumière proche infrarouge pour déclencher des nanoparticules porteuses de médicaments, tels que les liposomes phospholipidiques, qui libèrent leur cargaison lorsqu'elles sont chauffées par le laser, mais l'approche de Qin avec des nanovésicules recouvertes d'or utilise environ 40 fois moins d'énergie laser.

Dans des tests sur des modèles animaux, Qin et ses collègues ont découvert que la lumière proche infrarouge pénétrait de 4 millimètres dans le cerveau, ce qui était suffisant pour atteindre les régions cérébrales les plus ciblées. Qin a déclaré qu'il prévoyait que le laser pénètre suffisamment pour atteindre des cibles profondes dans le cerveau des rongeurs, ce qui aidera à répondre à des questions importantes en neuromodulation.

Alors que le système de nanovésicules doit subir davantage de développement et de tests avant de pouvoir être utilisé dans les soins cliniques, Qin a déclaré que l'approche pourrait éventuellement être appliquée aux troubles neurologiques ou à d'autres cancers. Dr Hejian Xiong, associé de recherche au laboratoire de Qin et co-auteur de l'article de revue, a reçu une nouvelle bourse postdoctorale du Phospholipid Research Center en Allemagne pour étudier l'utilisation de nanovésicules recouvertes d'or et de lasers ultra-courts dans le proche infrarouge pour cibler et soulager la douleur chez les patients après une intervention chirurgicale. Le projet vise à fournir un système de gestion de la douleur ajustable qui pourrait réduire le besoin d'opioïdes.

Dépistage des maladies infectieuses

Dans un projet de recherche distinct, Qin a récemment reçu 293 $, 000 000 des programmes de recherche médicale dirigés par le Congrès pour développer un rapide, test précis et moins coûteux pour les maladies infectieuses, dont la grippe, qui pourraient être menées dans les cabinets de médecins. Le principe du test pourrait également être appliqué pour diagnostiquer le COVID-19.

Alors que de nombreux médecins effectuent des tests rapides de la grippe sur place, les tests peuvent manquer la grippe dans 30 à 50 % des cas, selon les Centers for Disease Control and Prevention. Les échantillons doivent être envoyés à un laboratoire pour un diagnostic précis, ce qui peut prendre des jours.

"Nous voulons améliorer la sensibilité des tests afin que les médecins puissent juger devant le patient, pouvoir dire que vous l'avez ou que vous ne l'avez pas, " dit Qin.

Dans la méthode de test, les nanoparticules d'or sont attachées à des molécules d'anticorps qui peuvent reconnaître et se lier aux molécules de protéines présentes à la surface des virus. Les chercheurs appliquent de courtes impulsions laser pour activer les nanoparticules afin de générer des bulles à l'échelle nanométrique, ou nanobulles. L'accumulation des nanobulles signale la présence d'un virus.

"En utilisant l'optique pour détecter et compter les nanobulles, nous pouvons détecter avec sensibilité et rapidement la présence de virus respiratoires spécifiques, " dit Qin.

L'un des avantages de l'approche est qu'elle ne nécessiterait pas de préparation d'échantillons étendue, dit Qin. La méthode pourrait aider les médecins à diagnostiquer les virus beaucoup plus rapidement et à réduire les coûts des soins de santé en éliminant le besoin de visites de laboratoire coûteuses. L'approche pourrait être utilisée pour détecter un virus unique ou plusieurs virus.

Finalement, les chercheurs envisagent que le test soit largement utilisé dans les hôpitaux et les cliniques qui ne disposent pas de laboratoires; cependant, la méthode de diagnostic devra être testée davantage avant de pouvoir être largement diffusée.

Le groupe de Qin ne travaille pas avec le coronavirus vivant, uniquement avec des gènes viraux, protéines et anticorps. Qin a déjà obtenu de tels échantillons de patients pour ses recherches sur le virus respiratoire syncytial et la grippe.